مقایسه اثر کاهش درگ برای ساختارهای مختلف سطوح فوق آب گریز در رژیم جریان آرام و متلاطم

در سال های اخیر، توجه زیادی، روی کاهش درگ جریان گذرنده از سیستم های میکرو مقیاس سیالی معطوف شده است . یک روش پیشنهاد شده، ساختن حفره ها و شیارها در ابعاد میکرو روی دیواره های آب گریز میکروکانال است. اگر اندازه حفره ها به اندازه کافی کوچک باشد و مایع نتواند به درون حفره نفوذ کند سطح مورد نظر، به یک سطح فوق آب گریز تبدیل می شود. در این صورت سطح اولیه، به دو ناحیه تبدیل می شود: یکی ناحیه لغزشی در ناحیه حفره که جریان مایع، یک سطح مشترک هلالی شکل مایع- بخار را در این ناحیه شکل می دهد و ناحیه دوم، ناحیه بدون لغزش یا همان سطح مشترک جامد- مایع است که در بقیه سطح می باشد که البته در ناحیه لغزشی، تنش برشی بسیار اندک است. به صورت خلاصه می توان گفت که اثر این سطوح ، کاهش تماس بین مایع در حال جریان و دیواره های کانال است. با در نظر گرفتن این نکته که کاهش درگ ویسکوز حتی به مقدار چند درصد هم بسیار حائز اهمیت می باشد، این گونه سطوح با ساختارهای نانو و میکرو، پتانسیل بالایی را در ایجاد کاهش قابل توجه مقاومت اصطکاکی دارند. هندسه مورد بررسی در این مطالعه، یک کانال مستطیلی شکل با عرض زیاد است که سطوح فوق آب گریز به دیواره های بالا و پایین آن، اعمال شده است. سطوح فوق آب گریز مورد بحث از نوع میکرو ساختارهای منظم و طراحی شده هستند که به دو گروه کلی دسته بندی می شوند : گروه اول چیدمان شیار (ridges) (از قبیل ساختار طولی و ساختار عرضی) و گروه دوم چیدمان تیر (posts) (از قبیل مربعی معمولی و ساختار مربعی شطرنجی) می باشند. در این پروژه، تاثیر سه عدد بی بعد مهم، عدد رینولدز( بر اساس قطر هیدرولیکی کانال)، جزء کسری حفره( مساحت ناحیه حفره به کل مساحت ناحیه تکرار شونده) و مدول عرض نسبی(عرض ناحیه تکرار شونده به قطر هیدرولیکی) روی طول لغزشی و ضریب اصطکاک مورد بررسی قرار گرفته و همچنین مقایسه ای بین ساختار های مختلف انجام پذیرفته است. از یک نرم افزار حجم محدود مناسب مانند فلوئنت برای حل معادلات انتقالی جریان آرام و متلاطم در محدوده مایع استفاده شده است. در جزء کسری های متوسط و کوچک، دقت پیش بینی ها مناسب است اما با افزایش جزء کسری، دقت پیش بینی ها کاهش می یابد. همچنین با مقایسه مدل های توربولانسی رایج در کانال، مدل sstk? ، دقت بهتری را نسبت به سایر مدل های استفاده شده، ارائه می داد. همه نتایج برای حالت کاملا توسعه یافته ارائه شده اند .